C高阶1：二进制操作

1. 位运算

1. 按位运算

   No.	操作符	功能
   1	&	按位与
   2	|	按位或
   3	~	按位取反
   4	^	按位异或

2. 运算规则

   p	q	p & q	p | q	p ^ q
   0	0	0	0	0
   0	1	0	1	1
   1	1	1	1	0
   1	0	0	1	1

3. 示例

   1. 按位与
      让某一位或某些位为0。

      int n = 0xFFFF;
      n = n & 0x0010;
      

      截取二进制数中的一段值。

      int n = 0xFFab;
      n = n & 0x00FF;
      

   2. 按位或
      让某一位或某些位为1。

      int n = 0x0000;
      n = n | 0x0010;
      

      拼接两个二进制数。

      int a = 0xab00;
      int b = 0x0012;
      int c = a|b;
      

   3. 按位取法
      得到全部为1的数字~0。

      int n = ~0;// 等同于0xFFFF
      

      使数字的部分清零x& ~7。

      int n = 0xFFFF;
      n = n & ~7;
      

   4. 按位异或
      两个相等数异或结果为0。

      int n = 0x1234;
      n = n^n;
      

      对同一个变量两次异或，变会原值。

      int a = 0x1234;
      int b = 0x1357;
      a = a^b;
      a = a^b;
      

逻辑运算与按位运算

1. 逻辑运算结果只有0和1两种值，按位运算有多种值。
2. 逻辑运算相当于把所有的非零值都变成1，再按位运算。

4. 练习
   • 136. 只出现一次的数字
   • 389. 找不同

2. 移位运算

No.	操作符	功能
1	<<	左移
2	>>	右移

1. 左移
   i<<j表示i中所有位向左移动j个位置，右边填入0。
   所有小于int的类型，移位以int大小执行，结果为int。

2. 右移
   i>>j表示i中所有位向右移动j个位置，
   对于unsigned类型，左边填入0;对于signed类型，左边填入符号位。
   所有小于int的类型，移位以int大小执行，结果为int。

3. 位移运算与乘除运算
   位移运算与乘除运算运算有如下对应关系：

   No.	位移运算	乘除运算
   1	x<<1	x*2
   2	x>>1	x/2
   3	x<<n	x*pow(2,n)
   4	x>>n	x/pow(2,n)
   5	x<<=1	x*=2
   6	x>>=1	x/=2
   7	x<<=n	x*=pow(2,n)
   8	x>>=n	x/=pow(2,n)

• 试一试

  x<<-2;// 未定义行为
  

• 练习
  1. 位的设置

     i |= 1<<j;
     

  2. 位的清除

     i &= ~(1<<j);
     

  3. 位的测试

     i & 1<<j
     

• 实践
  用位表示下面的结构体。

typedef struct{
    bool student; // true:表示学生,false:表示非学生
    bool sex; // true:表示男,false:表示女
    bool pass; // true:表示合格,false:表示不合格
};

3. 位域

3.1 位域是什么？

位域是又称作位段，是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域。

3.2 位域有什么用？

节省空间，有些信息不需要占用一个完整的字节。

3.3 位域怎么用？

1. 定义位域
   定义位域与结构定义相仿。

   • 语法

     struct 位域结构名{ 
         类型 位域名:位域长度;
     };
     

     为了保证位域的可以移植性，成员类型通常为unsigned int和int，C99可以使用bool。
   • 示例

     struct Byte{
       unsigned int b1:1;
       unsigned int b2:1;
       unsigned int b3:1;
       unsigned int b4:1;
       unsigned int b5:1;
       unsigned int b6:1;
       unsigned int b7:1;
       unsigned int b8:1;
      };
     

2. 位域变量
   定义和使用位域变量与结构体相同。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。

   void printByte(struct Byte a){
     printf("%d",a.b1);
     printf("%d",a.b2);
     printf("%d",a.b3);
     printf("%d",a.b4);
     printf("%d",a.b5);
     printf("%d",a.b6);
     printf("%d",a.b7);
     printf("%d\n",a.b8);
   }
   int main () {
   struct Byte a;
   printByte(a);
   struct Byte b = {1,0,1,0,1,0,1,0,};
   printByte(b);
   return 0;
   }
   

   试一试

   struct Byte c = {1,2,3,4,5,6,7,8,};
   printByte(c);
   

   void scanfByte(struct Byte* a){
   scanf("%d",&a.b1);
   scanf("%d",&a.b2);
   scanf("%d",&a.b3);
   scanf("%d",&a.b4);
   scanf("%d",&a.b5);
   scanf("%d",&a.b6);
   scanf("%d",&a.b7);
   scanf("%d",&a.b8);
   }
   

3. 位域大小

   printf("sizeof(Byte) = %ld\n",sizeof(Byte));
   

   struct Byte{
       unsigned char b1:1;
       unsigned char b2:1;
       unsigned char b3:1;
       unsigned char b4:1;
       unsigned char b5:1;
       unsigned char b6:1;
       unsigned char b7:1;
       unsigned char b8:1;
   };
   

   位域的存储由编译器实现决定。编译器规定存储单元大小(8位、16位、32位)。 编译器会把位域逐个放入存储单元，位域之间没有间隙，直到存储单元放不下下一个位域，然后从下个存储单元继续存放。也有编译器跨存储单元存放。存放顺序也是编译器决定。
   整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。